Nowy polimer reaguje na obciążenia mechaniczne prawie jak mięśnie

Ważną zdolnością takiej tkanki biologicznej jak mięśnie jest samoleczenie i samowzmacnianie. To

występuje w odpowiedzi na szkodę spowodowaną przezprzez siły zewnętrzne. Większość sztucznych polimerów ulega nieodwracalnej degradacji pod wpływem wystarczającego naprężenia mechanicznego, co czyni je mniej przydatnymi na przykład do produkcji sztucznych narządów. A co, jeśli można stworzyć polimery, które reagują chemicznie na naprężenia mechaniczne i wykorzystują tę energię do poprawy swoich właściwości? 

W niedawnym badaniu opublikowanym wAngewandte Chemie International Edition, grupa naukowców z Tokyo TechInstytut, Uniwersytet Yamagata i Instytut Badań Chemicznych Sagami w Japonii, poczyniły znaczące postępy w dziedzinie substancji samowzmacniających się w masie. Ich nowy polimer reaguje na naprężenia mechaniczne prawie jak mięśnie.

Syntetyzowane segmentowane poliuretany (SPU),zawierające fragmenty difluorenylo-sukcynonitrylu (DFSN) i grupy metakryloilowe. Powstałe elastomery tworzyły różowe rodniki cyjanofluorenu i zmieniały kolor podczas ściskania lub rozciągania. Jest to pierwszy przykład reakcji sieciowania napędzanych siłą, osiąganych tylko przez rozciąganie lub kurczenie folii w masie. Kredyt: Tokyo Tech

Zespół stworzył segmentowany poliuretanłańcuchy polimerowe z twardymi i miękkimi segmentami funkcjonalnymi. Miękkie segmenty zawierają cząsteczki DFSN, które działają jako ich „najsłabsze ogniwo”, przy czym obie połowy są połączone pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. Łańcuchy boczne miękkich segmentów kończą się jednostkami metakryloilowymi. Kiedy polimer jest poddawany naprężeniom mechanicznym, takim jak zwykłe ściskanie lub rozciąganie, cząsteczka DFSN dzieli się na dwa równe rodniki cyjanofluorenu (CF). Te rodniki CF, w przeciwieństwie do DFSN, mają różowy kolor, dzięki czemu uszkodzenia są łatwe do wizualnego wykrycia.

Z powodzeniem rozwinęliśmy bezprecedensowemechanoreaktywne polimery, które wykazują zmianę koloru, fluorescencję i zdolność do samowzmacniania. To znaczący postęp w badaniach podstawowych mechanochemii i jej zastosowaniach w materiałoznawstwie.

Badaniami kierował profesor Hideyuki Otsuka

Atrakcyjne właściwości i funkcjonalność opracowanych polimerów są przydatne między innymi do intuicyjnego wykrywania uszkodzeń i tworzenia materiałów adaptacyjnych.

Czytaj więcej

Spójrz na 8 bilionów pikseli obrazu Marsa

Naukowcy opracowali substytut teorii względności. Jaka jest istota „teorii wszystkiego”?

Naukowcy znaleźli dowody na krzyżowanie się współczesnych ludzi z neandertalczykami

Mechanochemia to dziedzina chemii zajmująca się badaniem zmian właściwości substancji i ich mieszanin, a także przemian fizykochemicznych pod wpływem naprężeń mechanicznych, podczas odkształcania, tarcia i ściskania udarowego.